第48章 光子計算的突破 （1/3）

光子計算的突破

#### 第四十八章：光子計算的突破

TSV工藝的突圍，爲“奇點”芯片掃清了量產的最後障礙。但江知夏的目光，早已投向了更遙遠的未來——光子計算。

在松山湖的實驗室裏，江知夏正盯着一臺精密的光學測試臺。屏幕上，光信號的波形雜亂無章，像一團亂麻。

“還是不行。”光子組的張工嘆了口氣，“非線性效應太弱了。光子和光子之間幾乎不發生相互作用，就像兩束手電筒的光交叉穿過，互不干擾。沒有相互作用，就實現不了邏輯運算。”

這是光子計算最大的物理瓶頸。

電子之間可以通過電場輕鬆相互作用，實現“與、或、非”等邏輯門。但光子是玻色子，它們傾向於“和平共處”，很難發生碰撞和干涉。

“我們需要一種材料，能讓光‘慢’下來，甚至‘停’下來，強迫它們發生相互作用。”江知夏盯着屏幕，喃喃自語。

“慢光？”張工苦笑，“江總，這需要在材料裏製造極端的色散環境。目前的鈮酸鋰薄膜雖然不錯，但還達不到那個效果。”

“那就換材料。”江知夏突然說，“我們試試‘裏德堡原子’。”

“裏德堡原子？”張工愣住了，“那是原子物理實驗室裏的東西，需要超高真空和激光冷卻，怎麼可能集成到芯片上？”

“爲甚麼不能？”江知夏眼中閃過一絲瘋狂的光芒，“北大常林團隊最近在《自然·電子學》上發了一篇文章，他們利用‘光頻梳’技術，在芯片上實現了100GHz的主頻調控。雖然他們做的是時鐘芯片，但原理是相通的。”

江知夏迅速調出那篇論文的數據：“他們利用微環諧振腔，把光鎖在極小的空間裏循環奔跑。如果我們在這個微環裏，填充一種特殊的‘量子氣體’，比如銣原子蒸氣，利用裏德堡阻塞效應，就能讓光子之間產生極強的相互作用。”

“在芯片上充氣體？”張工覺得這簡直是天方夜譚，“這工藝怎麼搞？封裝一漏氣，全完了。”

“我們可以用‘空心光子晶體光纖’的技術。”江知夏在白板上飛快地畫圖，“我們不再用實心的波導，而是用空心的光子晶體結構來傳輸光。光在空氣裏跑，損耗更低。然後，我們在空心裏注入銣原子蒸氣，利用激光將其激發到裏德堡態。”

“一旦進入裏德堡態，原子會變得巨大，電子雲會重疊。這時候，只要有一個光子進來，就會改變原子的狀態，從而阻止第二個光子的通過。這就實現了‘光子晶體管’的效果——一個光子控制另一個光子。”

“單光子開關！”張工的眼睛亮了，“如果真能做到，那功耗將趨近於零！而且速度是光速！”

“理論上是完美的。”江知夏冷靜地說，“但工程上，我們需要解決三個難題：第一，如何在納米級的空芯裏注入並維持原子蒸氣；第二，如何精確控制激光的激發頻率；第三，如何把這套複雜的光學系統集成到指甲蓋大小的芯片上。”

“這……”張工有些遲疑，“這需要跨學科的合作。我們需要原子物理專家，還需要精密光學加工專家。”

“人，我來找。”江知夏拿起手機，“清華大學的方璐、戴瓊海團隊，他們搞出了‘太極’光計算芯片，雖然架構不同，但在光路集成和原位訓練方面，他們是世界頂尖的。還有華中科大，他們的武漢光電國家研究中心，在微納光學加工方面有深厚的積累。”

一週後，武漢。

華中科技大學的光學實驗室裏，江知夏見到了宗良佳教授團隊。

“江博士，你的想法很大膽。”宗教授看着江知夏帶來的設計方案，“在空心光子晶體裏做裏德堡原子計算，這在國際上也是前沿中的前沿。但是，加工這種空心結構，精度要求極高，而且良率很難控制。”

“宗教授，”江知夏誠懇地說，“我們華爲願意提供最先進的電子束光刻機，和你們共建一條‘光子晶體專用線’。你們負責工藝開發，我們負責系統集成。”

“共建專用線？”宗教授有些動容，“這可是幾千萬的投入。”

“爲了未來，值得。”江知夏堅定地說，“而且，我們不僅要做出來，還要做便宜。華爲的專利庫裏，有一項關於‘凹面鏡數組+光調製器’的架構（CNB），可以把光計算的耦合效率提升10倍。我們可以把這個專利無償授權給你們。”

“凹面鏡數組……”宗教授眼睛一亮，“我知道這項專利！如果能結合我們的微納加工技術，確實能解決光路損耗的問題。”

“還有，”江知夏補充道，“清華的‘太極’團隊已經開源了他們的代碼和訓練方法。我們可以直接複用他們的‘廣度光計算’架構，來訓練我們的裏德堡原子網絡。這樣，我們就不需要從頭開發算法了。”

“借力打力。”宗教授笑了，“江博士，你真是個精明的商人。好，這個合作，我們接了！”

接下來的三個月，是武漢和東莞兩地奔波的三個月。

江知夏帶領團隊，在華科大的潔淨室裏，開始了瘋狂的實驗。

“電子束曝光劑量1200μC/cm?……”

“反應離子刻蝕深度5微米……”

“銣原子蒸氣注入壓力……”

“激發激光波長780nm……”